用於自保持繼電器的電路的製作方法

2023-05-13 16:17:31 1

專利名稱：用於自保持繼電器的電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及繼電器電路，該繼電器電路包括具有串聯連接的第一發生器、負栽部分以及繼電器的繼電器開關的負載電路，其中繼電 器開關具有閉合位置，在閉合位置中，負栽電路閉合，閉合位置屬於 繼電器的無電流狀態；並且，繼電器開關具有磁化位置，在磁化位置 中，負載電路斷開，磁化位置屬於繼電器的栽流狀態，該繼電器電路 還包括輔助電路，具有用於提供控制信號的第二發生器，其中，利用 控制信號繼電器開關可以被切換到磁化位置；並且，在控制信號結束 之後，輔助電路將繼電器開關保持在磁化位置。
背景技術：
繼電器用於在不直接接觸負載電路的情況下，對通過大電流的負 栽電路進行開關。典型的繼電器包括繼電器開關，它是負栽電路的一部分，其中， 通過對繼電器的線團施加電流，可以對繼電器開關進行控制。利用例 如彈簧使繼電器開關置於第一位置。當不給繼電器線團施加電流或給 繼電器開關施加低電流時，繼電器開關處在第一位置(繼電器的無電流 狀態)。相反，當線圉通過足夠大的電流時，線圏產生的磁力將繼電器 開關置於第二位置(繼電器的載流狀態)。給繼電器即線團供電需要的 電流通常比被開關的負載電路的電流小得多。簡單的繼電器應用直接使用控制信號來給繼電器供電。只要繼電 器開關將停留在第二(或磁化)位置，控制信號就必須存在。 一旦控制 信號停止，繼電器開關則返回第一(或默認)位置。但是，對於某些應用來說，尤其是在鐵路安全工程中，利用短時 (無延時(non-enduring))短脈衝持久地切換繼電器的狀態(和繼電器開
關的位置)是有用的。例如，繼電器開關處在第一(默認)位置。當控制 信號的脈沖來到時，繼電器開關應該變到第二位置即磁化位置，並且， 甚至在控制信號已經結束之後，仍然停留在第二位置。當控制信號來 到時繼電器開關位置改變，並且在控制信號已經結束之後保持繼電器開關的位置，這樣的繼電器電路稱為自保持(self-retaining)繼電器 電路。在現有技術的情況下，已知的自保持繼電器電路使用兩個繼電 器，詳見圖2。當第一繼電器開關處在第二位置時(第一繼電器開關 為負載電路的一部分)，負載電路的第一發生器給第一繼電器供電， 該第一繼電器具有第一繼電器開關。第二發生器可以給具有第二繼電 器開關的第二繼電器供電。當第二繼電器開關處在磁化位置時，在第 一繼電器的第一位置給第一繼電器供電。但是，已知的自保持繼電器電路需要兩個繼電器，使得它相當佔 用空間並相當複雜，因而昂貴。更嚴重的是，已知的自保持繼電器電 路只能在負載電路的發生器的範圍相當窄的電壓內工作。發明內容因此，本發明的目的是提供一種筒單的、可以在較寬的電壓範圍 內工作的自保持繼電器電路。按照本發明，利用本申請開始介紹的繼電器電路實現了這個目 的，該繼電器電路的特徵在於，在繼電器開關的兩個位置，第一發生 器(generator)被連接到串聯連接的繼電器和恆流源，其中，當處在激 活狀態時，恆流源允許恆定電流流過它，恆流源被連接到包括第二發 生器的激活電路，其中，當繼電器開關處在閉合位置時，激活電路能 夠使恆流源進入激活狀態，並且，恆流源電路還被連接到保持電路， 其中，當繼電器開關處在磁化位置時，保持電路將恆流源保持在激活 狀態。按照本發明，通過連接到第一發生器的恆流源給繼電器供電。甚 至在正常工作期間，即使第一發生器的電壓在寬廣的範圍內變化，恆
流源仍然保證繼電器，即繼電器的線團，得到用於對繼電器開關進行 切換的固定的並且足夠的功率。換句話說，在寬廣的工作電壓範圍內，繼電器不釋放(de-energize)。在進行較小的改動如整流二極體的情 況下，本發明的自保持繼電器電路適合於提供直流電流或交流電流的 第一發生器。恆流源可以用廉價的標準電子設備實現，尤其是比第二 繼電器佔用空間小。在立即切換繼電器開關期間和保持繼電器期間，都使用恆流源。 只要繼電器開關處在閉合(或默認)位置，就可以利用由第二發生器感 應的控制信號將繼電器激活(或保持激活)，或者， 一旦繼電器開關處 在磁化位置，則可以由保持電路將繼電器激活(或保持激活)。優選實施例在本發明的繼電器電路的優選實施例中，恆流源包括連接到電阻 器和電晶體的基極的光耦合器。這是一種簡單的實現恆流源的方法。 利用光耦合器，將繼電器和第一發生器的電勢與第二發生器的電勢隔 離。這增加了安全性。另一個優選實施例的特徵在於，激活電路包括耦合到光耦合器的 發光二極體(LED)。 LED是一種用於激活作為恆流源的一部分的光耦 合器的可靠工具。在這些實施例的進一步優選發展中，光耦合器包括達林頓電路， 其中將光電池連接到達林頓電路的基極。或者，可以使用基極可以被 直接照亮的達林頓電路。達林頓電路對由光源例如屬於激活電路的 LED產生的光電流進行放大。在這個進一步發展的修改中，光電池通過功率電晶體，特別是 npn功率電晶體，連接到達林頓電路的基極。這增加了用於控制繼電 器的可用功率。本發明的電路的另一個優選實施例的特徵在於，保持電路包括通 過電阻器連接到恆流源的保持電晶體，保持電晶體的基極通過電阻器 連接到繼電器。這是一種實現保持電路的簡單方法。在特別優選的實施例中，電容器被並聯連接到輔助電路。該電容
器能夠補償第一發生器的電壓的短時變化，因此，繼電器不釋放。在第一發生器發出交流電壓的情況下，這一點特別有用；電容量被選擇 成足夠高，使得在交流電壓的整個周期內繼電器不釋放。在同樣優選的實施例中，輔助電路通過至少一個二極體連接到第 一發生器。在第一發生器發出交流電壓的情況下，至少一個二極體對 輔助電路中的電壓進行整流。根據詳細描述和附圖，可以得到其他優點。按照本發明，可以單 獨地或者以任何組合的形式集中利用上述和下述特性。敘述的實施例 不應該被理解為窮盡列舉，而是具有用於描述本發明的示例性特徵。


附圖中示出了本發明。圖1示出了本發明的自保持繼電器電路的示意性電路圖; 圖2示出了現有技術的自保持電路的示意性電路圖。
具體實施方式
圖1示出了按照本發明的繼電器電路。繼電器RL1包括繼電器 開關S1和磁鐵線圏，即，用於切換繼電器開關S1的裝置。繼電器開 關S1是負載電路的一部分，負載電路包括第一發生器G1、負載部分 Rload和繼電器開關Sl。例如，Rload為鐵路信號燈。Gl提供24V 的交流電壓。繼電器電路還包括輔助電路，輔助電路包括繼電器RL1 線圏(relay RL1 resp.its coil)、激活電路A、恆流源CCS以及保持電路 H。 二極體D1、 D2、 D3將輔助電路連接到第一發生器G1，並且，相 對於G1，電容器C1與輔助電路並聯。繼電器開關S1被示出為處在第一(或閉合、非磁化)位置，其中， 負栽電路閉合，因此，電流Iload流過負栽部分Rload。在繼電器開 關Sl的這個閉合位置，RL1線圏處在無電流狀態。具體地說，光耦 合器OKI為高電阻。電容器Cl通過二極體Dl和D3充電到其工作 電壓。
根據本發明，繼電器電路，具體地說是繼電器開關Sl，可以按照以下描述被切換。激活電路A包括第二發生器G2， G2與電阻器R5和發光二極體 LED串聯。G2能夠產生例如長度為一秒、峰值電壓為5V的短脈衝信 號。這足以使LED發光。LED被集成在光耦合器OKI內。光耦合器OKI還包括由兩個 耦合的電晶體TR3、 TR4以及電阻器R6和二極體D4組成的達林頓 電路。LED照亮達林頓電路的基極(basis)B，即，上遊電晶體TR3的 基極。這具有產生流向基極B的光電流，使TR3導通的作用。或者， 可以將光電池放在基極B的上遊，並且，LED照亮所述光電池，這也 會使TR3導通。光耦合器OKI與電晶體TR1以及電阻器R4 —起形成恆流源 CCS。通過使電晶體TR3在其集電極與發射極之間導通，具體地說通 過上述的光電流，將CCS激活。當激活CCS時，電流I(RL1)流過繼 電器RL1(以及Dl、 CCS和D3)。這個電流I(RLl)等於電壓U(TR1 的基極-發射極)/R4，並且，獨立於G1的電壓。電流I(RL1)使繼電器 RL1的狀態從無電流變到載流，並且，將繼電器開關S1切換到第二(或 磁化)位置。因此，負載電路斷開，Rload不再有電流。電流I(RLl)還具有激活保持電路H的作用。保持電路包括Rl、 R2、 R3和電晶體TR2。電晶體TR2通過R2、 R3接通。通過R3、給 CCS的OKI的基極B提供保持電流。該保持電流達到控制信號剩餘 持續期間在OKl的基極B的光電流，並且，在G2的控制信號停止並 且LED已經變暗之後，完全代替光電流。保持電流足以保持CCS工 作(或激活)，即，給RL1提供恆定電流。在對於控制繼電器RL1來說，達林頓電路的輸出功率過小的情 況下，可以在達林頓電路的下遊布置功率電晶體(沒有示出)。在繼電器開關已經切換到磁化的第二位置(圖1中上面的位置)， D2接替了 D3的功能以便將輔助電路，具體地說是保持電路H和CCS 連接到第一發生器G1。因此，繼電器RL1停留在其載流狀態，並且，
繼電器開關Sl停留在其磁化位置。由於輔助電路將工作電流I(RL1)保持恆定，並由此將RL1的工 作電壓也保持恆定，因此，可以選擇具有相對小的工作電壓，如5V、 30mA的繼電器RLl，而第一發生器Gl的運行電壓可以高得多，如 24V。為了調節繼電器RL1的電壓，可以連接與繼電器RL1串聯的限 流電阻器。注意，可以允許第一發生器G1的電壓變化，例如，從5V 直到24V，並且，繼電器電路仍然工作，具體地說，繼電器RL1仍然 自保持。只有當第一發生器Gl的電壓被切斷時，繼電器RL1才釋放(並 且繼電器開關S1返回到其被預先壓向的第一即閉合位置)，並且，Cl 的電壓已經下降到低於繼電器RL1的切換電平。實際上，利用以下參數，示出的繼電器電路將工作良好國G1產生5V與24V之間的50Hz交流信號，-Rl、 R2均為100千歐，-R3為10千歐，-R4為22.1歐，-G2產生長度為1秒的5V脈衝， -RL1具有15歐的內阻， Cl為470|iF，隱TR1的U(B-E)為0.65V，產生的I(RLl)為29.4mA。綜上所述，-本發明的繼電器電路允許用G2的良好分離的電壓，對繼電器 RL1進行控制，-能夠允許較寬範圍的Gl電壓，-只需要一個開關觸點(並且沒有輔助觸點)，-G1可以是交流電源(如圖1所示)或直流電源(則無需二極體Dl、 D2、 D3以及電容器C1)，-可以將繼電器LR1選擇為功率繼電器，並且，可以將G1選擇 為電網電源(net source), -在不活動階段(當負栽電路斷開時)，沒有明顯的功耗。在圖2中，示出了根據現有技術已知的繼電器電路。第一繼電器 RL1具有第一繼電器開關S1，示出了它處在第一(默認)位置，在這種 情況下，負載電路閉合。由第一發生器G1提供的負栽電流流過Rioad 和S1。這裡，發生器G1提供直流電壓。在圖2所示的情況下，第一 RL1處在無電流狀態。由於兩個繼 電器開關S1和S2都處在斷開位置，即，它們的默認位置，因此，RL1 的右手側沒有連接到第一發生器Gl。當第二繼電器RL2的第二繼電器開關S2處在磁化即第二位置 時，第一發生器Gl可以給第一繼電器RL1供電。利用第二發生器 G2的信號脈衝使第二繼電器RL2磁化。然後，第一繼電器RL1載流， 並且，Sl切換到上面，即磁化位置。然後，通過停留在磁化位置的 Sl，給RL1提供電流。但是，示出的繼電器電路需要兩個繼電器RL1、 RL2，以及開關 觸點。此外，它對Gl的發生器電壓的變化敏感。例如，如果用上遊 電阻器使RL1適合於Gl的高電壓，則發生器電壓下降會導致在RL1 的電壓降低於其切換電平。
權利要求
1.一種繼電器電路，包括負載電路，具有串聯連接的第一發生器(G1)、負載部分(Rload)和繼電器(RL1)的繼電器開關(S1)，其中，所述繼電器開關(S1)具有閉合位置，在所述閉合位置中，所述負載電路閉合，所述閉合位置屬於所述繼電器(RL1)的無電流狀態，並且，其中，所述繼電器開關(S1)具有磁化位置，在所述磁化位置中，所述負載電路斷開，所述磁化位置屬於所述繼電器(RL1)的載流狀態，所述繼電器電路還包括輔助電路，具有用於提供控制信號的第二發生器(G2)，其中，利用控制信號可以將所述繼電器開關(S1)切換到所述磁化位置，並且，其中，在所述控制信號結束後，所述輔助電路將所述繼電器開關(S1)保持在所述磁化位置，其特徵在於，在所述繼電器開關(S1)的兩個位置，所述第一發生器(G1)被連接到串聯連接的所述繼電器(RL1)和恆流源(CCS)，其中，當處在激活狀態時，所述恆流源(CCS)允許恆定電流流過它，所述恆流源被連接到包括所述第二發生器(G2)的激活電路(A)，其中，當所述繼電器開關(S1)處在所述閉合位置時，所述激活電路(A)能夠使所述恆流源(CCS)進入激活狀態，並且，所述恆流源(CCS)還被連接到保持電路(H)，其中，當所述繼電器開關(S1)處在所述磁化位置時，所述保持電路(H)將所述恆流源(CCS)保持在所述激活狀態。
2. 如權利要求1所述的繼電器電路，其特徵在於，所述恆流源 (CCS)包括連接到電阻器(R4)和電晶體(TR1)的基極的光耦合器(OKl)。
3. 如權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述激活電路(A)包括 耦合到光耦合器(OKl)的LED。
4. 如權利要求2或3所述的電路，其特徵在於，所述光耦合器(OKl) 包括達林頓電路(TR3， TR4),光電池被連接到所述達林頓電路(TR3， TR4)的基極。
5. 如權利要求4所述的電路，其特徵在於，所述光電池通過功率 電晶體，特別是npn功率電晶體，連接到所述達林頓電路(TR3， TR4) 的基極(B)。
6. 如權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述保持電路(H)包括 通過電阻器(R3)連接到所述恆流源(CCS)的保持電晶體(TR2)，所述保 持電晶體(TR2)的基極通過電阻器(R2)連接到所述繼電器(RL1)。
7. 如權利要求1所述的電路，其特徵在於，電容器(C1)被並聯連 接到所述輔助電路。
8. 如權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述輔助電路通過至: 少一個二極體(D1， D2, D3)連接到所述第一發生器(G1)。
全文摘要
一種繼電器電路，包括具有串聯連接的第一發生器、負載部分和繼電器的繼電器開關的負載電路，繼電器開關具有閉合位置和磁化位置。該繼電器電路還包括具有用於提供控制信號的第二發生器的輔助電路，可以利用控制信號將繼電器開關切換到磁化位置，控制信號結束後，輔助電路將繼電器開關保持在磁化位置。在繼電器開關的兩個位置，第一發生器被連接到串聯連接的繼電器和恆流源，恆流源被連接到包括第二發生器的激活電路，當繼電器開關處在閉合位置時，激活電路能夠使恆流源進入激活狀態，並且，恆流源還被連接到保持電路，當繼電器開關處在磁化位置時，保持電路將恆流源保持在激活狀態。這種簡單的自保持繼電器電路可以在寬廣的電壓範圍中工作。
文檔編號H01H47/00GK101150026SQ20071009148
公開日2008年3月26日 申請日期2007年3月30日 優先權日2006年3月30日
發明者海因茨·塔雷弗恩特 申請人:阿爾卡特朗訊公司